Glavne razloge za uporabo aluminijastih lupin v litijevih baterijah je mogoče podrobno analizirati z naslednjih vidikov, in sicer lahko težo, odpornost proti koroziji, dobro prevodnost, dobro zmogljivost obdelave, nizke stroške, dobro odvajanje toplote itd.
1. Lahka
• Nizka gostota: Gostota aluminija je približno 2,7 g/cm³, kar je bistveno manj kot gostota jekla, ki znaša približno 7,8 g/cm³. V elektronskih napravah, ki si prizadevajo za visoko energijsko gostoto in nizko težo, kot so mobilni telefoni, prenosniki in električna vozila, lahko aluminijasto ohišje učinkovito zmanjša skupno težo in izboljša vzdržljivost.
2. Odpornost proti koroziji
• Prilagodljivost visokonapetostnim okoljem: Delovna napetost materialov pozitivnih elektrod litijevih baterij, kot so ternarni materiali in litijev kobaltov oksid, je relativno visoka (3,0–4,5 V). Pri tem potencialu aluminij na površini tvori gosto pasivizacijsko plast iz aluminijevega oksida (Al₂O₃), ki preprečuje nadaljnjo korozijo. Jeklo pod visokim tlakom zlahka korodira elektrolit, kar povzroči poslabšanje delovanja baterije ali puščanje.
• Združljivost elektrolitov: Aluminij ima dobro kemijsko stabilnost na organske elektrolite, kot je LiPF₆, in ni nagnjen k reakcijam med dolgotrajno uporabo.
3. Prevodnost in strukturna zasnova
• Priključek tokovnega zbiralnika: Aluminij je najprimernejši material za tokovne zbiralnike s pozitivno elektrodo (na primer aluminijasta folija). Aluminijasto ohišje je mogoče neposredno priključiti na pozitivno elektrodo, kar poenostavi notranjo strukturo, zmanjša upor in izboljša učinkovitost prenosa energije.
• Zahteve glede prevodnosti lupine: Pri nekaterih izvedbah baterij je aluminijasta lupina del tokovne poti, na primer pri valjastih baterijah, ki ima tako prevodnost kot zaščitno funkcijo.
4. Učinkovitost obdelave
• Odlična duktilnost: Aluminij je enostavno štancati in raztezati ter je primeren za obsežno proizvodnjo kompleksnih oblik, kot so aluminijasto-plastične folije za kvadratne in mehko pakirane baterije. Jeklene lupine je težko obdelovati in imajo visoke stroške.
• Zagotavljanje tesnjenja: Tehnologija varjenja aluminijaste lupine je zrela, kot je lasersko varjenje, ki lahko učinkovito zatesni elektrolit, prepreči vdor vlage in kisika ter podaljša življenjsko dobo baterije.
5. Upravljanje s toploto
• Visoka učinkovitost odvajanja toplote: Toplotna prevodnost aluminija (približno 237 W/m·K) je veliko višja od toplotne prevodnosti jekla (približno 50 W/m·K), kar pomaga bateriji hitro odvajati toploto med delovanjem in zmanjša tveganje za toplotni pobeg.
6. Stroški in gospodarnost
• Nizki stroški materiala in predelave: Cena surovine aluminija je zmerna, poraba energije pri predelavi pa nizka, kar je primerno za obsežno proizvodnjo. Nasprotno pa so materiali, kot je nerjaveče jeklo, dražji.
7. Varnostna zasnova
• Mehanizem za razbremenitev tlaka: Aluminijaste lupine lahko sprostijo notranji tlak in preprečijo eksplozijo v primeru prenapolnjenosti ali toplotnega pobega z zasnovo varnostnih ventilov, kot je na primer CID flip struktura valjastih baterij.
8. Industrijske prakse in standardizacija
• Aluminijaste lupine so bile široko sprejete že od zgodnjih dni komercializacije litijevih baterij, kot je na primer baterija 18650, ki jo je Sony predstavil leta 1991, s čimer so oblikovale zrelo industrijsko verigo in tehnične standarde ter še dodatno utrdile svoj položaj v glavnem tržišču.
Vedno obstajajo izjeme. V nekaterih posebnih primerih se uporabljajo tudi jeklene lupine:
V nekaterih scenarijih z izjemno visokimi zahtevami po mehanski trdnosti, kot so nekatere baterije ali ekstremne okoljske aplikacije, se lahko uporabijo ponikljane jeklene lupine, vendar se s tem poveča teža in stroški.
Zaključek
Aluminijaste lupine so postale idealna izbira za lupine litijevih baterij zaradi svojih obsežnih prednosti, kot so lahka teža, odpornost proti koroziji, dobra prevodnost, enostavna obdelava, odlično odvajanje toplote in nizki stroški, kar odlično uravnoteži zmogljivost, varnost in ekonomske zahteve.
Čas objave: 17. februar 2025
